Расширение при замерзании

Заголовок карточки
Расширение при замерзании
Аннотация : Демонстрация расширения воды при замерзании
Физика
  • Молекулярная физика и термодинамика
  • Молекулярно-кинетическая теория
Образовательный уровень
  • базовый курс
Источники
С. А. Ловягин Изучение физики в 7-8 классах на основе простых, наглядных и содержательных экспериментов. - М., 2002.
Оборудование
Стальной цилиндр с продольным несквозным отверстием и резьбой на внешней поверхности; стальная трубка, навинчивающаяся на цилиндр, с внутренней резьбой и двумя ушками для установки гвоздя; маленькая стальная крышечка с выступами сверху и снизу; резиновая прокладка; ковшик; соль; лед (или снег); вода; ложечка; демонстрационный термометр; длинный толстый гвоздь.
Описание опыта :

В толстостенный стальной цилиндрический стакан наливаем до краев водопроводную воду. Закупориваем стакан железной пробкой с резиновой прокладкой так, чтобы вода не могла вылиться. Прижмем крышку толстым стальным гвоздем, вставленным в ушки трубки, навинчивающейся на цилиндр сверху. Поместим цилиндр в смесь льда и соли (1:1). Температура такой смеси может достигать минус 18°! Через пятнадцать минут цилиндр с водой сильно охладится. Гвоздь заметно согнулся! Развинтим цилиндр и перевернем его, предварительно чуть отогрев стенки руками – из него выскочит ледяная пробка.

Мы увидели, как вода, замерзая, расширилась и согнула толстый гвоздь. Не только стеклянные бутылки легко лопаются на морозе – вода, оставленная на зиму в неутепленных металлических трубах, легко разрывает их. Это свойство воды получило название аномалии теплового расширения, поскольку при охлаждении ниже 4° вода начинает не сжиматься, а расширяться. Еще большее расширение происходит при образовании льда. Из-за этого лед легче воды и плавает на поверхности. Заснеженный ледяной покров спасает водоемы от промерзания в лютую стужу.
Постановка опыта :

Ученики внимательно рассмотривают самодельный прибор (его без труда можно сделать в школьной мастерской).

Начинаем опыт: заполняем водой стальной цилиндр до краев. Сверху на цилиндр навинчиваем стальную трубку с двумя ушками (отверстия под гвоздь 6-миллиметровой толщины).

Отверстие цилиндра закрываем стальной крышкой с резиновой прокладкой (нижний выступ крышки должен прилегать к стенкам цилиндра). Вставив в ушки гвоздь, плотно завинчиваем трубку, так чтобы крышка упиралась верхним выступом в гвоздь. Кладем в небольшой ковшик сильно охлажденную смесь мелкоизмельченного льда и соли (2 : 1) и хорошо перемешиваем. Лед можно покрошить молотком (в ступке). В полученную смесь погружаем стальной цилиндр, заполненный водой и закрытый крышкой с гвоздем. Уровень смеси должен быть как можно более высоким, но смесь не должна попадать внутрь цилиндра. Хорошо, если каждый ученик сможет потрогать заиндевевшие стенки ковшика, чтобы почувствовать, насколько холодно внутри, в этой смеси соли со льдом (вспомним о том, что солью посыпают улицы для того, чтобы лед таял при отрицательной температуре). Если измерить во время опыта температуру смеси, то результат может быть просто удивительным – смесь остывает иногда до минус 18 градусов и при этом не замерзает!

Опыт длится около 20 – 25 минут, а вместе с подготовкой - полчаса. По истечении этого срока крышка под действием образующегося льда сгибает гвоздь. После опыта всю конструкцию развинчиваем (могут понадобиться тиски) и, прогрев руками или теплой водой цилиндр, достаем и показываем детям ледяной цилиндрик и заметно погнутый гвоздь. Опыт можно показывать крупным планом на экране с помощью видеокамеры (необходимы проектор и экран или телевизионный монитор). Чтобы изображение было четким, можно организовать подсветку места действия (настольной лампой).
Техника безопасности : Следует аккуратно обращаться со стеклянным термометром.
NE2857C1B340E4C5A8D8627D86595D56F